Thiết kế máy ép thủy lực 200 ton

Đồ án Thiết bị gia công áp lực MỤC LỤC Lời mở đầu Chương 1: Tổng quan máy ép thuỷ lực 1.1 Giới thiệu máy ép thuỷ lực 1.2 Phân loại 1.3 Một số hình ảnh máy ép thuỷ lực Chương 2: Tính tốn thiết kế máy ép thuỷ lực 200 2.1 Thông số máy 2.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động 2.3 Tính tốn kiểm nghiệm xilanh Chương 3: Hệ thống thuỷ lực 12 3.1 Động 12 3.2 Bơm thuỷ lực 13 3.3 Hệ thống van 14 3.3.1 Van phân phối 16 3.3.2 Van an toàn 17 3.3.4 Van tiết lưu 18 3.4 Bộ lọc 19 3.5 Hệ thống đường ống 20 3.6 Thùng dầu 22 3.7 Xác định ống nối 23 3.8 Áp kế 23 Kết luận 24 Tài liệu tham khảo 25 Đồ án Thiết bị gia cơng áp lực Lời nói đầu Công nghệ gia công áp lực phương pháp chế tạo lĩnh vực sản xuất Đây phương pháp gia công không phoi , dựa vào khả biến dạng dẻo kim loại Phương pháp tiết kiệm vật liệu mà cịn tăng tính sản phẩm Kết hợp với khả tự động hóa cao nên thường dùng sản xuất hàng loạt , hàng khối , nên giá thành sản phẩm hạ nhiều so với phương pháp chế tạo khác sản xuất khí Vì ngành gia cơng áp lực ngành thiếu công nghiệp phát triển Trong thời kì cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, ngành khí nói chung ngành thủy lực nói riêng đóng vai trị vơ quan trọng Với khả tự động hóa cao, hoạt động an tồn, máy móc thiết bị thủy lực có mặt rộng rãi lĩnh vực kinh tế : xây dựng, giao thơng, quốc phịng Công nghệ ép thủy lực ứng dụng phổ biến cả.Với kết cấu đơn giản dễ sử dụng công nghệ ép thủy lực đưa vào nhiều ngành công nghiệp lớn nhỏ khác như:Luyện cán thép, Đóng tàu ,Dầu mỏ… Em giao làm đồ án có đề tài “ thiết kế máy ép thủy lực 200 “ thầy Nguyễn Đắc Trung hướng dẫn Mặc dù cố gắng nỗ lực nhiên chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế chuyên môn nên đồ án tránh khỏi thiếu sót mặt nội dung cách trình bày Em mong nhận đóng góp ý kiến thày cô giáo, bạn người quan tâm tới đồ án để đồ án thêm hồn thiện mang tính thực tiễn cao Đồ án Thiết bị gia công áp lực Chương 1: Tổng quan máy ép thuỷ lực 1.1 Giới thiệu máy ép thủy lực Hiện nay, Ngành Gia công áp lực phát triển nhiều quốc gia giới sản phẩm ngành cơng nghiệp đóng vai trị chủ đạo sản xuất cơng nghiệp Để sản xuất sản phẩm thiết bị thiếu là: máy búa máy ép thủy lực, máy ép khí…Máy ép thủy lực ngày sử dụng rộng rãi với nhiều chủng loại tính đa dạng sản phẩm cơng chúng như: dập thể tích, rèn tự do, ép chảy, ép đùn, uốn nắn kim loại, dập vuốt(dập thủy tĩnh, thủy cơ),… Ưu điểm:  Làm việc êm, cho áp lực ép cực đại theo lực ép danh nghĩa trì áp lực suốt q trình cơng nghệ  Điều khiển lực ép mềm dẻo, dễ dàng theo yêu cầu công nghệ theo kết cấu khuôn  Kết cấu máy đơn giản, phận sử dụng tiêu chuẩn hố cao nên giá hành hạ  Có nhiều dạng điều khiển khác : điều khiển thủ công, điều khiển PLC, điều khiển CNC Do thơng số cơng nghệ điều chỉnh xác, đảm bảo hiệu suất làm việc công suất máy  Kết cấu máy ngang , đứng gọn nhẹ so với máy khác Máy ép thủy lực có nhiều chủng loại, máy rèn thủy lực ngành lớn Máy rèn thủy lực chia làm hai loại: máy rèn thủy lực tự máy rèn khuôn Trong năm gần nước ta, kỹ thuật truyền động điều khiển hệ thống thủy lực thể tích có ứng dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực công nghiệp máy công cụ, máy xây dựng, phương tiện vận chuyển, máy bay, tàu thủy…đó hệ thống thủy lực có nhiều ưu điểm quan trọng so với hệ thống khí hay điện Đồ án Thiết bị gia công áp lực 1.2 Phân loại 1.3 Một số hình ảnh máy ép thuỷ lực Hình 1.1: METL 160 Hình 1.2 METL 200 Hình 1.3: METK thân chữ C Hình 1.4: METK song động Đồ án Thiết bị gia cơng áp lực Chương 2: Tính tốn thiết kế máy ép thuỷ lực 200 2.1 Thông số máy  Lực ép danh nghĩa:  Kích thước bàn máy:  Đầu trượt:  Hành trình :  Chiều cao hở:  Chiều cao kín:  Tốc độ khơng tải lên:  Tốc độ không tải xuống:  Tốc độ ép: 200 1300 x 900 mm x mm 1300 x 900 x 300 mm x mm x mm 710 mm 1200 mm 1120 mm 110 mm /s 120 mm/s 10 mm/s Đồ án Thiết bị gia công áp lực 2.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lí máy ép thuỷ lực Bể dầu Cụm lọc dầu Van an tồn Đồng hồ đo áp Xilanh cơng tác 10 Cụm van tiết lưu + van chiều Van phân phối Bơm thuỷ lực Động Đồ án Thiết bị gia công áp lực 11 Trong sơ đồ thủy lực ta sử dụng phần tử thủy lực sau : − − Bơm thuỷ lực: Cung cấp áp suất lưu lượng cho toàn hệ thống thủy lực Van an toàn: Để đảm bảo áp suất hệ thống không vượt giá trị cho phép nhằm bảo vệ an toàn cho thiết bị hệ thống không bị phá hỏng hệ thống làm việc − yêu cầu thiết kế Đồng hồ đo áp: Dùng để đo áp suất đầu bơm ,từ xác định điều kiện làm việc cụ thể bơm trường hợp khác − Van phân phối : Van có cửa hoạt động vị trí, van có đặc điểm chế − − độ chờ (khơng tải) vị trí van chưa hoạt động Dầu qua van hồi bể Van tiết lưu: điều chỉnh lưu lượng vào xilanh Van chiều: lấy tín hiệu từ áp suất dầu hệ thống để hoạt động, Xylanh chính: Tạo lực cần thiết để ép vật liệu.Xilanh nhỏ : thực trình xuống bàn ép nhanh − hồi bàn ép Cụm lọc dầu: Cụm gồm có lọc kèm với van chiều có đặt mức áp suất Dầu qua van chiều lọc hoạt động mức cho phép − Bể dầu: Để đựng lượng dầu cần thiết cho hoạt động hệ thống 12 Đồ án Thiết bị gia công áp lực 13 Nguyên lý làm việc hệ thống: 14 Hành trình xuống bàn ép: Van phân phối vị trí hình vẽ, dầu qua van phân phối đến không gian xilanh giúp kéo bàn ép xuống Tiết lưu giúp điều chỉnh lưu lượng vào xilanh điều chỉnh tốc độ yêu cầu 15 16 17 A B P T Hình 2.2 Sơ đồ van phân phối hành trình ép Chế độ giữ tải: chế độ mà xilanh sau ép xong đứng im nhằm làm cho vật liệu ép gắn kết bền chặt hơn, tạo sản phẩm đạt yêu cầu độ bền học Lúc van an toàn hoạt động để áp suất hệ thống không lên cao gây hỏng kết cấu sản phẩm 18 Hành trình lùi bàn ép: Van phân phối vị trí hình vẽ, dầu qua van phân phối đến không gian xilanh giúp đẩy bàn ép lên Trong thời gian này, sản phẩm lấy khỏi bàn ép 19 20 21 22 A B P T Hình 2.3 Sơ đồ van phân phối hành trình lùi 23 Đồ án Thiết bị gia công áp lực 2.3 Tính tốn kiểm nghiệm xilanh – pittong 24 Các thơng số tính tốn cho : • • • • • • Lực ép lớn xi lanh Fmax = 200 Áp suất làm việc lớn xi lanh Pmax =250 bar Hành trình làm việc xi lanh S = 710 mm Tốc độ không tải xuống : v1 = 120 mm/s = 7,2 m/p Tốc độ không tải lên : v2 = 110 mm/s = 6,6 m/p Tốc độ ép : v3 = 10mm/s = 0,6 m/p 25 26 Hình 2.4 Sơ đồ pittong – xilanh 27 Pmax 200.10 Ftt = = = 0, 08 P 250.10 max 28 Diện tích tính tốn xilanh: (m2) 29 Đường kính tính tốn xilanh: Dtt = 4.Ftt = π 4.0, 08 = 0,319 π (m) 30 Chọn xilanh theo bảng tiêu chuẩn có đường kính trong: DB = 320 (mm) 31 Theo Hydraulic cylinders standard & custom built 32 Ta chọn loại cylinder mặt bích ( MF ) có áp suất 250 bar • • • Đường kính ngồi: DH = 368 mm Đường kính trong: DB = 320 mm Đường kính cần piston : dpittong = 180 mm Van phân phối điều khiển tay Van phân phối điều khiển điện tử • • 83 Hệ thống ép hoạt động liên tục theo quy trình khép kín dựa vào tính kinh tế, lưu lượng áp suất ta chọn van phân phối điều khiển điện 84 Ta chọn van phân phối dạng 4/3 ( cửa vị trí) 85 Xác định van: • Với lưu lượng qua van: Qv = 48 (l/ph) • Áp suất van: Pv = 250 (bar) 86 Tra Catalog hãng REXROTH ta chọn van phân phối cấp 87 Kí hiệu: WE J 6X/E G24… 88 Trong thơng số van :  : van cửa , vi trớ  WE : điều khiển van điện ( Electro-Hydraulic)  : size  J : vị trí trung gian cửa A B thông  6X : series 6X ( từ series 10 đến 19)  E  G24 : điều khiển cuộn từ điện áp : 24DVC : loại van có hiệu suất cao 89 Đây loại van phân phối cấp: Pmax= 350 bar 90 91 92 Qmax=80 l/ph 93 94 Hình 3.2: Van phân phối điều khiển điện tử 3.3.2 Van an toàn 95 96 Van an toàn thiết bị thủy lực dùng để điều chỉnh áp suất mạch thủy lực Van an tồn thuộc nhóm thiết bị điều chỉnh áp suất đầu vào Nhiệm vụ van an toàn bảo vệ mạch thủy lực khỏi tăng áp vượt giá trị định mức (giá trị định mực cài đặt sẵn ) Trong trình làm việc Van an tồn ln trạng thái đóng Khi áp suất đầu vào van vượt giá trị định mức Van an toàn mở cho phép phần chất lỏng chảy qua van thùng chứa 97 Van tính chọn chủ yếu theo thơng số áp lực dầu định mức lưu lượng dầu qua van • áp suất làm việc bơm : Pb = 250 (bar) • Lưu lượng bơm : Qb = 48 (l/ph) 98 Tra Catalogue hãng REXROTH ta chon van có thơng số sau : 99 Ký hiệu : DB K 1- 4X/ 315 100     Trong : DB : van áp suất :size :núm xoay 4X: seri từ 40-49 • 315 : Áp suất max 315 bar 101 102 Hình 3.3: Van an toàn 103 3.3.3 Van chiều 104 Van chiều hoạt động tự động , van cho chất lỏng chuyển động theo chiều Nếu van chiều có thêm cấu mở van động ( điều khiển ) trở thành van chiều có điều khiển Các van sử dụng van nạp , để ngăn ngừa tự hạ xuống xà ngang (van chống nún) 105 • • Van lắp đầu xilanh, điều khiển thuỷ lực: Với lưu lượng: Q = 55,08 (l/ph) Áp suất: p = 196 (bar) 106 Tra catalogue hãng REXROTH ta chọn loại van sau: 107 Kí hiệu: SV P B P 2-6X với pmax = 315 (bar), Qmax = 60 (l/ph) 108 Trong đó:  SV: van chiều có điều khiển tín hiệu  6: size  2: tổn thất áp suất ∆p =3 bar  6X: serises từ 60 đến 69 109 109 110 Hình 3.4: Van chiều 111 3.3.4 Van tiết lưu 112 Để chỉnh vận tốc dòng dầu chảy hệ thống thủy lực ta dùng cấu gọi van tiết lưu ,nó cấu mà thay đổi tiết diện tăng giảm cho dòng chất lỏng qua nhiều hay ;tiết diện điều khiển khí điện từ tác động từ bên ngồi.Việc điều khiển có tác dụng làm thay đổi vận tốc cấu chấp hành ví dụ vận tốc xy lanh thủy lực motor thủy lực thay đổi theo yêu cầu thực tế công nghệ thiết bị cụ thể 113 Dịng dầu chỉnh theo ý muốn đáp ứng thực tế công nghệ thiết bị tiết lưu có kết cấu khác nhau, 114 +Tiết lưu chỉnh khơng có van chiều chỉnh hai chiều 115 +Tiết lưu có van chiều : van cho phép chỉnh dòng chảy cho hướng dòng chảy ngược lại chảy tự 116 117 118 Hình 3.5: Van tiết lưu 3.4 Bộ lọc 119 Bộ lọc dầu có nhiệm vụ làm dầu cơng tác khỏi chất cặn bẩn từ bên vào mài mòn chi tiết làm việc , bảo đảm cho hệ thống làm việc ổn định , tăng tuổi thọ chi tiết Để làm chất cặn bẩn dạng cứng người ta sử dụng phương pháp khí Trong máy ép thuỷ lực chọn lưới lọc kim loại, lọc lưới kim loại có ưu điểm lưu lượng lớn , độ bền tương đối cao, khả chịu áp lực tốt 120 • Bộ lọc dầu phân thành loại sau: Bộ lọc thơ: có khả lọc chất bẩn có kích thước nhỏ 0,1 (mm) Bộ lọc thường lắp hệ thống thủy lực khơng có nhiều phần tử địi hỏi độ xác cao hay đặt hệ thống mang tính chất lọc phụ Nói chung lọc sử dụng • Bộ lọc trung bình: Kích thước nhỏ lọc 0,001 (mm) • Bộ lọc tinh: lọc chất bẩn có kích thước từ – 10 (m) Bộ lọc sử dụng rộng rãi hệ thống thủy lực chất lượng tốt, giá thành chấp nhận • Bộ lọc đặc biệt tinh: có khả lọc kích thước nhở Bộ lọc có giá thành đắt, thường sử dụng hệ thống có sử dụng van servo, van tỉ lệ địi hỏi độ dầu cao 121 Vật liệu lõi lọc có nhiều loại : lọc lưới, lọc lá, sợi thủy tinh … 122 Từ Q = 55.08 (l/ph) điều kiện lọc lọc chất có đường kính 0,0025 (mm) Ta có lọc phù hợp 123  Kí hiệu: 124  Tên: RPL W/HC 6500 F 25  Áp suất làm việc cực đại: pmax = 250 (bar)  Lưu lượng cực đại: Qmax = 360 (l/ph) 125 126 127 128 • Hình 3.6 Lọc dầu 3.5 Hệ thống đường ống Chức năng: có tác dụng phân phối dầu, tạo liên kết phận hệ thống thủy lực • Tính tốn đường ống dựa vào tiết diện lưu thông đường ống tính tốn dựa sở tốc độ cho phép chất lỏng Yêu cầu ống dẫn dầu phải có độ bền cao tính đàn hồi tốt Các mối nối phải đảm bảo kín khít, tránh dầu khơng khí từ ngồi lọt vào hệ thống, ống đường dầu áp lực làm thép chịu áp lực • Các mối nối thơng thường làm kín khít gioăng cao su với đường thấp áp, đồng đường cao áp 129 Đường ống dùng phổ biến hệ thống thủy lực loại ống thép đúc ống mềm (ống cao su) chịu áp 130 Đường ống gồm phần: đường ống hút, đường ống đẩy đường ống xả: 131 Thông thường, vận tốc cho phép đường ống sau: 132 Đối với ống hút : vhút ≤ 2m/s 133 Đối với ống đẩy: vđẩy ≤ ÷ m/s 134 Đối với ống xả : vxả ≤ ÷ m/s 135 Đường kính ống tính theo cơng thức: d= 4.Qbom π v 136 Tính tốn đường kính ống hút 137 Để tính tốn lấy vhút = 1,5 m/s 138 Đường kính thiết kế ống hút là: d hut = 139 140 4Qbom 4.48.10−3 = = 0, 026 π vhut π 1,5.60 (m) = 26 (mm) Theo tiêu chuẩn đường ống thủy lực, ta chọn được:  Đường kính ống hút là:dhut = 26 (mm)  Đường kính ngồi ống hút là: Dhut = 30 (mm) 141 Tính tốn đường kính ống nén 142 Chọn vnen = m/s, 143 Đường kính ống đẩy theo thiết kế là: d nen = 144 4Qbom 4.48.10−3 = = 0, 013 π vnen π 6.60 ( m) = 13 (mm) 145 Theo tiêu chuẩn đường ống thủy lực, ta chọn được:  Đường kính ống đẩy là: dday = 14 (mm)  Đường kính ngồi ống đẩy là:Dday = 18 (mm) 146 Tính tốn đường kính ống xả 147 Để tính tốn lấy vận tốc ống xả là: vxả = 1,5 (m/s) 148 Đường kính ống xả theo thiết kế là: 149 4Qbom 4.488.10−3 d xa = = = 0, 026 π vxa π 1,5.60 150 Theo tiêu chuẩn đường ống thủy lực, ta chọn được: (m) = 26 (mm)  Đường kính ống xả là: dxa = 26 (mm)  Đường kính ống xả Dxa = 30 (mm) 151 Ống dẫn cần phải đảm bảo độ bền học tổn thất áp suất ống nhỏ Để giảm tổn thất áp suất, ống dẫn ngắn tốt, bị uốn cong để tránh biến dạng tiết diện đổi hướng chuyển động dũng dầu Kớch thước đường ống xác định thông qua lưu lượng chảy qua ống vận tốc chảy qua cho phép 152 Loai ống : ống mềm - Đường kính ống : hút , đẩy , xả tương ứng 30 , 18 , 30 [mm] - áp suất cực đại chất lỏng chảy ống : 300 (bar) 153 3.6 Thùng dầu 154 Kích thước bể dầu tính tốn dựa sở đảm bảo mặt tản nhiệt hạn chế đến mức tối đa xốy dầu q trình hoạt động hệ thống Bể dầu thường có xu hướng kích thước hẹp cao rộng thấp để tăng khả truyền nhiệt dầu bên Lượng dầu hệ thống đường ống phải ln điền đầy, khơng có gián đoạn 155 Việc tính tốn kích thước bể dầu thường dựa lưu lượng lưu thông qua hệ thống dựa điều kiện tỏa nhiệt hệ thống 156 V = a.b.h 157 V = ( ÷ ) Qbơm = ( ÷ )x 48 (l/ph) = 144 ÷ 240 (lit) 158 Chọn thùng dầu tích: V = 230 (lit) 159 Chọn kích thước: a = 700 (mm), b = 550 (mm), h = 600 (mm) 160 161 3.7 Xác định ống nối 162 Chọn loại ống nối siết chặt đai ốc, đường kính ống chọn cho khớp với ống dẫn hình dạng sau: 163 164 a, ống nối vặn ren 165 b, ống nối siết chặt Hình 3.7: Ống nối 166 3.8 Áp kế 167 Dùng áp kế lò xo với số áp suất max = 300 bar 168 Căn vào áp suất làm việc cực đại độ xác yêu cầu hệ thống cần đo ta chọn loại hợp lí 169 170 171 Kết luận Các máy ép thủy lực với tính đa dạng cho phép tạo lực ép lớn hành trình làm việc đầu trượt thay đổi tùy theo cơng việc, điều làm loại trừ tượng tải(điều mà thường xuyên xảy cần biện pháp khắc phục số máy khác) Mặt khác dùng máy ép thủy lực ta điều khiển hay kiểm tra trị số lực ép cách xác, kiểm sốt hành trình cơng tác cách đơn giản 172 Qua trình thiết kế, tính tốn tham khảo tài liệu máy ép thủy lực, em rút kinh nghiệm sau: • Một số thơng số chi tiết lựa chọn theo kinh nghiệm số tiêu • chuẩn hóa Kết cấu máy ngun lý hoạt động đơn giản, dễ sử dụng o Do máy sử dụng môi chất lỏng dầu chất công tác, chi tiết máy chế tạo bao bọc kín khít nên việc vệ sinh cho máy gặp khó • khăn Để tăng hiệu sử dụng máy ép thủy lực trình thiết kế ta phải chọn lựa cách tối ưu thơng số kết cấu máy 173 • Ngồi ra, sau hồn thành đề tài em có số ý kiến đóng góp sau: Yếu tố tự động hóa ngày coi trọng hoạt động sản xuất cơng nghiệp, máy móc khí ngày trang bị hệ thống điều khiển tự • động để nâng cao suất làm việc hiệu kinh tế cao Trong mạch thủy lực ta cần thêm vào tích trữ nhằm làm giảm rung động hệ thống, làm cho hệ thống vận hành êm dịu Ngoài ta sử dụng van treo tải để đảm bảo độ an toàn cho người sử dụng thuận lợi q trình gia cơng chi tiết 174 Trên đây, em hồn thành thuyết minh “tính tốn thiết kế máy ép thủy lực 200 ” hướng dẫn thầy NDT Mặc dù hồn thiện em khơng thể tránh khỏi sai sót, em mong thầy cho em ý kiến để em hoàn thiện kiến thức 175 Tài liệu tham khảo Máy búa máy ép thuỷ lực PGS.TS Phạm Văn Nghệ, Đỗ văn Phúc Máy Thủy Lực Thể Tích Các Phần Tử Thủy Lực Và Cơ Cấu Điều Khiển Trợ Động PGS.TS Hồng Thị Bích Ngọc NXB Khoa học kỹ thuật, 2007 Truyền Động Thủy Lực Thể Tích Lê Danh Liên Giáo Trình Hệ Thống Truyền Động Thủy Khí PGS.TS Trần Xuân Tùy-THS Trần Minh Chính-KS Trần Ngọc Hải, 2005 Tính Tốn Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí, Tập Trịnh Chất-Lê Văn Uyển NXB Giáo Dục, 2007 CATALOGUE HYDRAULIC hãng REXROTH Tài liệu internet 176 ... công suất máy  Kết cấu máy ngang , đứng gọn nhẹ so với máy khác Máy ép thủy lực có nhiều chủng loại, máy rèn thủy lực ngành lớn Máy rèn thủy lực chia làm hai loại: máy rèn thủy lực tự máy rèn... phẩm thiết bị thiếu là: máy búa máy ép thủy lực, máy ép khí? ?Máy ép thủy lực ngày sử dụng rộng rãi với nhiều chủng loại tính đa dạng sản phẩm cơng chúng như: dập thể tích, rèn tự do, ép chảy, ép. .. thủy tĩnh, thủy cơ),… Ưu điểm:  Làm việc êm, cho áp lực ép cực đại theo lực ép danh nghĩa trì áp lực suốt q trình cơng nghệ  Điều khiển lực ép mềm dẻo, dễ dàng theo yêu cầu công nghệ theo kết